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高性能再生混凝土微观结构及性能试验研究

作 者: 杜婷
导 师: 李惠强
学 校: 华中科技大学
专 业: 结构工程
关键词: 高性能再生混凝土 再生骨料 力学性能 应力-应变 本构模型 界面过渡区 显微硬度 抗Cl-渗透性
分类号: TU528
类 型: 博士论文
年 份: 2006年
下 载: 2083次
引 用: 12次
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内容摘要


从可持续发展的观点出发,将废弃混凝土循环再生骨料与粉煤灰、磨细矿渣粉等一起配制高性能再生骨料混凝土可以很好地解决资源和环境的协调发展问题。因此,本文以试验研究为主,对高性能再生骨料混凝土的基本性能和微观结构进行了研究,主要内容如下:首先,对高性能再生骨料混凝土的基本力学性能进行了试验研究,试验结果显示高性能再生骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均稍低于同强度等级的高性能天然骨料混凝土,而其弹性模量明显低于高性能天然骨料混凝土,随着强度的提高,高性能再生骨料混凝土的弹性模量提高,且高性能再生骨料混凝土的破坏都是界面破坏。第二,提出了在新旧水泥石之间和旧水泥石与原天然骨料之间存在一个双层界面的观点,并运用扫描电镜、偏光镜和显微硬度计对高性能再生骨料混凝土的水化产物形貌、界面过渡区缺陷和界面显微硬度进行了测试。试验表明在再生骨料与新水泥石之间的界面过渡区内存在一些孔洞、微裂纹以及疏松的Ca(OH)2晶体且界面硬度低,从再生骨料表面到水泥石本体,界面弱区的特点逐渐变弱;随着强度的提高和水化龄期的增长,界面过渡区的显微硬度增大。试验还表明粉煤灰、矿渣等微细矿粉可以改善再生骨料混凝土界面过渡区的性能,提高再生骨料混凝土的密实性。第三,通过试验获取了高性能再生骨料混凝土的应力-应变全曲线,试验发现高性能再生骨料混凝土的峰值应力稍低于同强度等级的高性能天然骨料混凝土,而峰值应变则明显高于高性能天然骨料混凝土;高性能再生骨料混凝土峰值应力和峰值应变都随强度的提高而提高;建立了高性能再生骨料混凝土的应力-应变本构模型,且根据该模型拟合的理论曲线与试验曲线吻合较好;定义和计算了高性能再生骨料混凝土的“压缩应变能”和“脆性指数”,计算结果表明随着强度的提高,高性能再生骨料混凝土的压缩应变能增大,脆性指数增大。最后,对高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性展开了试验研究。试验表明随着强度的提高和龄期的增长,高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性显著增强,矿粉、粉煤灰等微细矿物质大大改善了再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀性。试验还表明高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性较高性能天然骨料混凝土差,但其仍具有很好的抗氯离子渗透性,能满足工程耐久性要求。本文的研究为再生混凝土的破坏机理和再生混凝土结构的非线性分析提供了研究基础,为制定再生混凝土应用的技术规范提供了重要的参考。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-23
  1.1 再生混凝土与可持续发展  12-17
    1.1.1 研究背景及课题来源  12-14
    1.1.2 再生混凝土相关概念  14-15
    1.1.3 再生混凝土应用和发展的意义  15-17
  1.2 国内外再生混凝土的应用及研究进展  17-22
    1.2.1 国内外再生混凝土的应用  17-18
    1.2.2 国内外再生混凝土研究进展  18-22
  1.3 本文研究主要内容  22-23
2 高性能再生骨料混凝土基本力学性能试验研究  23-45
  2.1 引言  23-24
  2.2 原生混凝土强度的测定  24-28
    2.2.1 原生混凝土强度确定的重要性  24-25
    2.2.2 原生混凝土强度的测定  25-28
      1、超声波法  26
      2、钻芯测强法  26-28
  2.3 高性能再生骨料混凝土配合比设计及工作性能  28-33
    2.3.1 原材料  29-30
    2.3.2 配合比设计  30-31
    2.3.3 拌合物工作性能和试件制备  31-33
  2.4 高性能再生骨料混凝土的强度  33-40
    2.4.1 立方体抗压强度  33-35
    2.4.2 轴心抗压强度  35-38
    2.4.3 劈裂抗拉强度  38-40
  2.5 高性能再生骨料混凝土的弹性模量  40-43
    2.5.1 静力受压弹性模量(Ec)试验  40
    2.5.2 试验结果及分析  40-43
  2.6 本章小结  43-45
3 高性能再生骨料混凝土微观结构研究  45-68
  3.1 引言  45
  3.2 再生骨料混凝土界面结构及其形成机理  45-48
    3.2.1 界面结构  45-46
    3.2.2 界面过渡区形成机理和特点  46-48
    3.2.3 裂纹极易在界面出现的原因  48
  3.3 偏光镜下高性能再生骨料混凝土界面缺陷分析  48-53
    3.3.1 实验仪器和试样制作  48-49
    3.3.2 再生骨料混凝土界面过渡区缺陷测试  49-52
    3.3.3 与天然骨料混凝土的比较  52-53
    3.3.4 试验结论  53
  3.4 扫描电镜下高性能再生骨料混凝土微观结构形貌  53-61
    3.4.1 试验设备  53-54
    3.4.2 试样制作  54
    3.4.3 试验结果  54-60
    3.4.4 试验结果分析及结论  60-61
  3.5 高性能再生骨料混凝土的界面显微硬度  61-66
    3.5.1 界面硬度的概念  61
    3.5.2 试样制作和试验仪器  61-62
    3.5.3 骨料与新水泥石界面显微硬度测试与分析  62-64
    3.5.4 新旧水泥石界面硬度测试和分析  64-65
    3.5.5 试验结论  65-66
  3.6 本章小结  66-68
4 高性能再生骨料混凝土受压应力-应变全曲线研究  68-94
  4.1 引言  68-69
  4.2 单轴受压应力-应变全曲线试验  69-70
    4.2.1 试验方法的选择  69
    4.2.2 单轴受压试验  69-70
  4.3 试验结果及分析  70-80
    4.3.1 试验结果  70-72
    4.3.2 试验结果分析  72-73
    4.3.3 应力-应变曲线反映的强度和变形指标  73-74
    4.3.4 受力变形和破坏过程  74-79
    4.3.5 试验影响主要因素分析  79-80
  4.4 应力-应变本构关系  80-88
    4.4.1 棱柱体抗压强度和峰值应变的关系  80-81
    4.4.2 应力-应变全曲线的几何特点  81-82
    4.4.3 应力-应变本构模型  82-87
    4.4.4 本构模型的特点  87-88
  4.5 压缩应变能和脆性指数  88-92
    4.5.1 压缩应变能  88-90
    4.5.2 脆性指数  90-91
    4.5.3 高性能再生骨料混凝土的压缩应变能和脆性指数  91-92
  4.6 本章小结  92-94
5 高性能再生骨料混凝土抗氯离子渗透性试验研究  94-111
  5.1 引言  94-95
  5.2 再生混凝土结构中钢筋的锈蚀机理  95-98
    5.2.1 钢筋锈蚀的条件  95-96
    5.2.2 钢筋的锈蚀机理  96-98
  5.3 氯离子对再生混凝土结构的侵蚀  98-101
    5.3.1 氯离子侵入再生混凝土的途径  98-99
    5.3.2 氯离子促使钢筋锈蚀的作用机理  99-101
  5.4 试验测试方法和评价标准选择  101-105
    5.4.1 试验测试方法  101-102
    5.4.2 抗导电量评价混凝土的抗氯离子渗透性  102-103
    5.4.3 按扩散系数评价混凝土的抗氯离子渗透性  103-105
  5.5 抗氯离子渗透性试验研究  105-110
    5.5.1 试验测试  105-106
    5.5.2 按导电量评价混凝土的抗氯离子渗透性  106-108
    5.5.3 按扩散系数评价混凝土的抗氯离子渗透性  108-110
  5.6 本章小结  110-111
6 结论与展望  111-115
  6.1 结论  111-113
  6.2 展望  113-115
致谢  115-116
参考文献  116-124
附录I 攻读博士学位期间发表的论文目录  124-126
附录II 攻读博士学位期间参与的科研项目  126

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品
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